CN109813373A - 一种内置式矿用潜水泵的检测电路以及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种内置式矿用潜水泵的检测电路以及检测方法，包括：矿用电泵、微处理器电路、温度检测电路、漏水检测电路、RS485通讯电路、电压检测电路、电流检测电路；所述温度检测电路的输入端分别连接矿用电泵的三相绕组以及两个轴承，输出端与微处理器电路连接；所述电压检测电路以及电流检测电路的输入端均与矿用电泵的三相绕组联接，输出端均与微处理器电路连接；所述漏水检测电路的输入端位于矿用电泵油腔内，输出端与微处理器电路连接。本发明实现矿用电泵的电压、电流信号以及温度信号的实时在线监测，检测电路设计结构简单，可提高整个系统的精确性与可靠性，可实现矿山行业潜水装备的内嵌式检测。
Description
技术领域
本发明涉及矿用潜水泵技术领域，特别是一种内置式矿用潜水泵的检测电路以及检测方法。
背景技术
随着电子技术的广泛应用和测试仪器仪表、自动控制技术的飞跃发展，人们对于工矿行业的要求日益提高，矿用潜水泵主要用于煤矿的中央泵房排水、煤矿受水淹灾害后的抢险排水或复矿排水。由于潜水泵的工作环境较恶劣、工作电压较高，为保护潜水电泵负载，防止线路出现短路或过载以及潜水泵堵转时定子绕组上将产生5-7倍于正常满载电流的堵转电流，产生很大的热量，如无保护措施，潜水泵会很快烧毁，对现场设备造成损坏，从而出现安全事故，因此需要对三相电源的电流和电压以及对矿用电泵的温度状态进行检测。
目前传统的矿用潜水泵采用外部检测电路对负载设备上的输电线路进行采集或者是采用远程监测电流、电压等信号，由于工业环境复杂使其检测结构复杂、成本高、故障率高、处理速度慢以及不能实时监控等，当电泵出现故障时，不能及时有效地对电泵进行保护，常导致电泵烧坏。
为有效的保证生产系统的可靠运行，实现企业运营全面的精细化、精准化、信息化、网络化管理，提高企业的生产效率、安全运行能力、风险防范能力，因此一种内嵌式的智能在线监测矿用电泵的电压电流和温度的检测系统的存在极其重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种内置式矿用潜水泵的检测电路以及检测方法，旨在解决现有技术中矿用电泵检测结构复杂以及故障率高的问题，实现矿用电泵的电压、电流信号以及温度信号的实时在线监测，提高整个系统的精确性与可靠性。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种内置式矿用潜水泵的检测电路，所述检测电路包括：
矿用电泵、微处理器电路、温度检测电路、漏水检测电路、RS485通讯电路、电压检测电路、电流检测电路；
所述温度检测电路的输入端分别连接矿用电泵的三相绕组以及两个轴承，输出端通过RS485通讯电路与微处理器电路连接；
所述电压检测电路以及电流检测电路的输入端均与矿用电泵的三相绕组联接，输出端均通过RS485通讯电路与微处理器电路连接；
所述漏水检测电路的输入端位于矿用电泵油腔内，输出端通过RS485通讯电路与微处理器电路连接。
优选地，所述微处理器电路包括STM32F103单片机、电源电路、系统时钟晶振电路、复位电路、JATG调试电路，所述电源电路、系统时钟晶振电路、复位电路、JATG调试电路均与单片机连接。
优选地，所述温度检测电路包括PT100温度传感器、REF3030稳压芯片、AD623集成单电源仪表放大器和若干个电阻和电容元器件，所述PT100温度传感器用于检测温度，所述REF3030稳压芯片用于提供稳定电压，所述AD623集成单电源仪表放大器用于对压差进行放大。
优选地，所述温度检测电路的输出端连接至微处理器电路的单片机的AD转换引脚。
优选地，所述RS485通讯电路包括RS485总线和MAX485硬件接口，所述MAX485硬件接口与单片机的串口RX、TX引脚连接。
优选地，所述电压检测电路包括三个微型电压互感器、三个双运算放大器、六个稳压二极管，电压检测电路的输出端与单片机的AD转换引脚连接。
优选地，所述电流检测电路包括三个微型电流互感器、三个双运算放大器，电流检测电路的输出端与单片机的AD转换引脚连接。
本发明还提供了一种内置式矿用潜水泵的检测方法，所述方法包括以下操作：
将温度传感器与三相绕组相贴，将温度信号转换为电压信号，通过电桥电路监测温度信号的变化，利用放大器将电桥电路的输出电压的压差放大，将放大后的电压信号上传至单片机，用以检测绕组温度；
将温度传感器与两绕组的轴承相贴，将温度信号转换为电压信号，通过电桥电路监测温度信号的变化，利用放大器将电桥电路的输出电压的压差放大，将放大后的电压信号上传至单片机，用以检测轴承温度；
在油腔中设置油水传感器，监测是否有漏水，并将数字信号输出至单片机；
将三相绕组电源输入连接限流电阻，经电压互感器将电压信号转换成mA级的电流信号，由稳压二极管进行高频检波，经外接运放I/V转换电路变成电压信号，并将电压信号上传至单片机，用以检测电泵电压；
将三相绕组电源输入连接电流互感器将一次侧大电流转换为mA级的小电流，经运放电路对测量的电压进行放大，并将电压信号上传至单片机，用以检测电泵电流。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明基于STM32单片机，整个电路设计由PCB制板，通过电机驱动，经温度传感器、油水传感器、电流互感器以及电压互感器进行检测，检测电路的模拟信号转换为数字信号后，由单片机电路进行采样处理，并通过RS485总线进行通讯，实现矿用电泵的电压、电流信号以及温度信号的实时在线监测。本发明中的检测电路设计结构简单，体积小，响应速度快，性能优越，可提高整个系统的精确性与可靠性，可实现矿山行业潜水装备的内嵌式检测。
本发明的温度检测电路，检测速度快、实时性好；PT100温度传感器线性度强，测量温度范围宽；REF3030为电桥电路提供标准的3.00v电压，不需要额外的提供电源电压稳定；AD623用一个2K的放大反馈电阻精确的把电桥的压差放大51倍，放大倍数高，信号转换速度快精度高。
本发明的漏水检测电路是检测数字信号的，其结构简单、操作方便、检测可靠、成本低、检测效率高。
本发明的电流检测电路，使用电流互感器检测可实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化，同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。使电路设计简单、性能优越，LM358双运算放大器具有高增益、低功耗电流、低失调电压电流而且适于电源电压范围宽的电路中，单电源范围为3v。
本发明的电压检测电路，使用电流型的电压互感器可实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化，同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。电压互感器工作在近似零负载状态，具有动态范围宽、精度高、线性好等特点。LM358运算放大器高增益、低功耗电流、低失调电压；这种低失调、高开环增益的特性使得LM358特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面；使得整个电路性能优越、可靠性高。
本发明的RS485通讯电路，半双工工作方式，支持多点数据通讯，采用平衡发送和差分接收有效的抑制共模干扰，使得传输信号更好的恢复，采用两线制接线，其结构简单、成本低等。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种内置式矿用潜水泵的检测电路结构示意框图；
图2为本发明实施例中所提供的一种微处理器电路示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种温度检测电路示意图；
图4为本发明实施例中所提供的一种漏水检测电路示意图；
图5为本发明实施例中所提供的一种电压检测电路示意图；
图6为本发明实施例中所提供的一种电流检测电路示意图；
图7为本发明实施例中所提供的一种RS485通讯电路示意图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种内置式矿用潜水泵的检测电路以及检测方法进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种内置式矿用潜水泵的检测电路，所述检测电路包括：
矿用电泵、微处理器电路、温度检测电路、漏水检测电路、RS485通讯电路、电压检测电路、电流检测电路；
所述温度检测电路的输入端分别连接矿用电泵的三相绕组以及两个轴承，输出端通过RS485通讯电路与微处理器电路连接；
所述电压检测电路以及电流检测电路的输入端均与矿用电泵的三相绕组联接，输出端均通过RS485通讯电路与微处理器电路连接；
所述漏水检测电路的输入端位于矿用电泵油腔内，输出端通过RS485通讯电路与微处理器电路连接。
所述矿用电泵，其额定电压640v，额定功率为5.5kw，其介质温度不超过40℃、PH值5-9，介质重度≤11kN/m3。
所述微处理器电路包括STM32F103单片机、电源电路、系统时钟晶振电路、复位电路、JATG调试电路等，其中各个电路均与单片机连接，如图2所示。
所述温度检测电路包括三个绕组的温度检测电路和两个轴承的温度检测电路，每个温度检测电路包括用于检测温度的PT100温度传感器、REF3030稳压芯片、AD623集成单电源仪表放大器和若干个电阻和电容元器件构成，电路输出部分与单片机的AD转换引脚连接，如图3所示。由电阻R2、R3、R4、PT100构成电桥电路，REF3030为电桥电路提供标准的3.00v电压，AD623用一个2K的放大反馈电阻精确的把电桥的压差放大51倍。对采集的温度信号经传感器转换成电压信号，再由单片机AD转换进行采样保持并上传到上位机进行实时监测。
所述漏水检测电路包括用于检测水泵油腔是否漏水的油水传感器，漏水检测电路的输出部分与单片机的普通I/O连接，如图4所示。
所述电压检测电路包括三个绕组的电压检测电路，每个电压检测电路包括三个微型电压互感器、三个双运算放大器、六个稳压二极管、电阻以及电容，电压检测电路的输出部分与单片机的AD转换引脚连接。所述微型电压互感器为TV31B型号，双运算放大器的型号为LM358，稳压二极管的型号为1N4148，如图5所示。
所述电流检测电路包括三个绕组的电流检测电路，每个电流检测电路包括三个微型电流互感器、三个双运算放大器和若干电阻，电流检测电路的输出部分与单片机的AD转换引脚连接。所述微型电流互感器为AKH-0.66W-7系列、双运算放大器的型号是LM358，如图6所示。
所述RS485通讯电路包括RS485总线和MAX485硬件接口以及电阻电容，RS485通讯电路的硬件接口与单片机的串口RX、TX引脚连接，如图7所示。
本发明实施例基于STM32单片机，整个电路设计由PCB制板，通过电机驱动，经温度传感器、油水传感器、电流互感器以及电压互感器进行检测，检测电路的模拟信号转换为数字信号后，由单片机电路进行采样处理，并通过RS485总线进行通讯，实现矿用电泵的电压、电流信号以及温度信号的实时在线监测。本发明中的检测电路设计结构简单，体积小，响应速度快，性能优越，可提高整个系统的精确性与可靠性，可实现矿山行业潜水装备的内嵌式检测。
本发明实施例还公开了一种内置式矿用潜水泵的检测方法，包括以下操作：
将温度传感器与三相绕组相贴，将温度信号转换为电压信号，通过电桥电路监测温度信号的变化，利用放大器将电桥电路的输出电压的压差放大，将放大后的电压信号上传至单片机，用以检测绕组温度；
将温度传感器与两绕组的轴承相贴，将温度信号转换为电压信号，通过电桥电路监测温度信号的变化，利用放大器将电桥电路的输出电压的压差放大，将放大后的电压信号上传至单片机，用以检测轴承温度；
在油腔中设置油水传感器，监测是否有漏水，并将数字信号输出至单片机；
将三相绕组电源输入连接限流电阻，经电压互感器将电压信号转换成mA级的电流信号，由稳压二极管进行高频检波，经外接运放I/V转换电路变成电压信号，并将电压信号上传至单片机，用以检测电泵电压；
将三相绕组电源输入连接电流互感器将一次侧大电流转换为mA级的小电流，经运放电路对测量的电压进行放大，并将电压信号上传至单片机，用以检测电泵电流。
为了正确测量矿用电泵绕组的温度，当潜水电泵电机启动后，将温度检测电路的输入端分别与三相绕组相贴，对电机绕组的温度进行实时测量，越简单的电路，稳定性越好。由电阻R2、R3、R4、PT100构成电桥电路，REF3030为电桥电路提供标准的3.00v电压，AD623用一个2K的放大反馈电阻精确的把电桥的压差放大51倍。对采集的温度信号经传感器转换成电压信号，再由单片机AD转换进行采样保持并上传到上位机进行实时监测。
为了正确测量矿用电泵轴承的温度，当潜水电泵电机启动后，所设计的温度检测电路的输入端分别与两绕组的轴承相贴，对轴承的温度进行实时测量。由电阻R2、R3、R4、PT100构成电桥电路，REF3030为电桥电路提供标准的3.00v电压，AD623用一个2K的放大反馈电阻精确的把电桥的压差放大51倍。对采集的温度信号经传感器转换成电压信号，再由单片机AD转换进行采样保持并上传到上位机进行实时监测。
为了正确检测矿用电泵的油腔是否漏水，采用油水传感器的探头直接放置于油腔内，一旦检测到有漏水情况，传感器将数字信号传递给单片机的I/O接口进行输出报警。
为了正确检测矿用电泵的电压，利用电压检测电路的输入端分别与三相绕组相连，首先由电压互感器将额定电压按比例转换成所需电压，本发明实施例所选用的电压互感器是电流型的微型电压互感器TV31B系列，使用时输入电压不能直接施加于初级绕组，需串入限流电阻R，经电压互感器将电压信号转换成mA级的电流信号，所以将二次侧输出设定为2mA，先由稳压二极管进行高频检波，次级输出的mA级电流信号经外接运放I/V转换电路变成电压信号，检测到电压信号由单片机AD转换进行采样并上传到上位机进行实时监测。
为了正确检测矿用电泵的电流，将电流检测电路的输入端分别与三相绕组相连，由电机提供的额定电流约为8.6A，选用变比为15A/5mA的互感器，先由微型电流互感器进行一次侧大电流转换为mA级的小电流(5mA)，经运放电路对测量的电压进行放大，放大增益为10，对检测到的电压信号由单片机AD转换进行采样，并上传到上位机进行实时监测。
为了更好的完成远距离通讯，在本发明实施例中通讯电路选用RS485总线，采用半双工工作方式，支持多点数据通讯，采用平衡发送和差分接收，有效抑制共模干扰，采用两线制，传输距离从几十米到一千二百米左右，与单片机的串口进行可靠通讯。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种内置式矿用潜水泵的检测电路，其特征在于，所述检测电路包括：
矿用电泵、微处理器电路、温度检测电路、漏水检测电路、RS485通讯电路、电压检测电路、电流检测电路；
所述温度检测电路的输入端分别连接矿用电泵的三相绕组以及两个轴承，输出端通过RS485通讯电路与微处理器电路连接；
所述电压检测电路以及电流检测电路的输入端均与矿用电泵的三相绕组联接，输出端均通过RS485通讯电路与微处理器电路连接；
所述漏水检测电路的输入端位于矿用电泵油腔内，输出端通过RS485通讯电路与微处理器电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种内置式矿用潜水泵的检测电路，其特征在于，所述微处理器电路包括STM32F103单片机、电源电路、系统时钟晶振电路、复位电路、JATG调试电路，所述电源电路、系统时钟晶振电路、复位电路、JATG调试电路均与单片机连接。
3.根据权利要求1所述的一种内置式矿用潜水泵的检测电路，其特征在于，所述温度检测电路包括PT100温度传感器、REF3030稳压芯片、AD623集成单电源仪表放大器和若干个电阻和电容元器件，所述PT100温度传感器用于检测温度，所述REF3030稳压芯片用于提供稳定电压，所述AD623集成单电源仪表放大器用于对压差进行放大。
4.根据权利要求2所述的一种内置式矿用潜水泵的检测电路，其特征在于，所述温度检测电路的输出端连接至微处理器电路的单片机的AD转换引脚。
5.根据权利要求2所述的一种内置式矿用潜水泵的检测电路，其特征在于，所述RS485通讯电路包括RS485总线和MAX485硬件接口，所述MAX485硬件接口与单片机的串口RX、TX引脚连接。
6.根据权利要求2所述的一种内置式矿用潜水泵的检测电路，其特征在于，所述电压检测电路包括三个微型电压互感器、三个双运算放大器、六个稳压二极管，电压检测电路的输出端与单片机的AD转换引脚连接。
7.根据权利要求6所述的一种内置式矿用潜水泵的检测电路，其特征在于，所述电流检测电路包括三个微型电流互感器、三个双运算放大器，电流检测电路的输出端与单片机的AD转换引脚连接。
8.一种内置式矿用潜水泵的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
将温度传感器与三相绕组相贴，将温度信号转换为电压信号，通过电桥电路监测温度信号的变化，利用放大器将电桥电路的输出电压的压差放大，将放大后的电压信号上传至单片机，用以检测绕组温度；
将温度传感器与两绕组的轴承相贴，将温度信号转换为电压信号，通过电桥电路监测温度信号的变化，利用放大器将电桥电路的输出电压的压差放大，将放大后的电压信号上传至单片机，用以检测轴承温度；
在油腔中设置油水传感器，监测是否有漏水，并将数字信号输出至单片机；
将三相绕组电源输入连接限流电阻，经电压互感器将电压信号转换成mA级的电流信号，由稳压二极管进行高频检波，经外接运放I/V转换电路变成电压信号，并将电压信号上传至单片机，用以检测电泵电压；
将三相绕组电源输入连接电流互感器将一次侧大电流转换为mA级的小电流，经运放电路对测量的电压进行放大，并将电压信号上传至单片机，用以检测电泵电流。
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